《機械設計基礎》課程課堂教學方法及評價體系改革研究

摘要：針對現代社會對工科人才能力需求的變化及課堂學時進一步被壓縮的現狀，本文提出《機械設計基礎》課程課堂教學方法應以學生為主導，傳統教學方法和現代技術相結合，更加強調學生知識體系的構建；課堂教學內容應與時俱進，將工程案例和現代CAE技術融合到課程內容中；課程考核評價方法應充分體現形成性評價和終結性評價相結合，科學客觀地評價學生的學習效果，營造良好的學習氛圍。

關鍵詞：機械設計基礎；課堂教學；評價體系

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）44-0056-03

《機械設計基礎》是機械類、近機類專業的一門重要的技術基礎課。它是學生在學完包括機械制圖、機械制造基礎、材料力學等基礎課程后，進入專業課程學習前必修的技術基礎課。課程目的是使學生具有機械設計的初步能力，為專業學習起到承前啟后的作用，它既是基礎又有較強的實踐性，在整個專業教學計劃中占有相當重要的地位。

隨著社會對人才能力需求的變化及機械類課程改革的不斷深化，本課程的學時進一步被壓縮，《機械設計基礎》課程內容的廣泛性、傳統的教學體系和學時的有限性就產生了矛盾。對于我校的裝備、石工、熱能等近機類專業以及化工、材料等非機類專業的學生，由于有更多專業課需要學習，只能將本課程壓縮成48學時，學生普遍感到學習吃力，而授課教師也覺得采用傳統的教學模式、考核評價方法難以適應社會對人才能力的需求。

一、課堂教學方法改革

在倡導理論實踐教學相結合的前提下，《機械設計基礎》理論教學還是占課程教學的主要學時。如何利用好課堂45分鐘，提高課堂教學效果，是本課程教學方法改革的關鍵。

1.適當增加課堂討論課時比例。在我國，受傳統應試教育的影響，課堂教學大多采用“教師講、學生聽”的灌輸式、填鴨式方式進行，再加上現在智能手機、MP4等娛樂工具的誘惑，造成課堂氣氛沉悶，教師嘶聲力竭，學生充耳不聞，基本沒有互動或互動性很差，教學效果難以提高。而在國外，很多高校采取討論式、啟發式教學方式，教授走下講臺和學生一起討論，課堂氣氛十分活躍，既可提高學生的學習積極性，又可激發學生的創造性思維。

鑒于本課程的特點，可在教學過程中貫穿分組討論的模式。根據班級規模，將學生分成若干小組，每組5～6名學生，便于同組學生之間的交流。針對教材中部分章節的內容，教師專門設計一些題目并提前布置，讓學生在課堂上進行小組討論，再由各小組推選的代表集中發言。同時，教師要制定相應的考核方式，使每組成員“一損俱損、一榮俱榮”。這樣，可充分調動每個學生的學習熱情，培養了學生的自學能力、創新意識、綜合表達能力和團隊合作精神。

2.降低教學難度，拓寬課程知識體系。《機械設計基礎》包含了機械原理和機械設計兩門課程的內容，從機構組成原理，到機構運動學力學分析，再到具體通用零部件設計，內容多、范圍廣。但隨著教學課時不斷被壓縮，很多教師還停留在以前的教學方式上，重點內容上追求難度，課時不夠就只能刪除部分課程內容，比如間歇運動機構、飛輪的設計等。而事實上，工程應用中這些被刪除的內容遠比機構的自由度、螺栓的強度計算等要重要得多。

因此，在本課程的課堂教學中，應降低部分章節的難度，如機構自由度的計算、螺栓的強度計算、齒輪的受力分析等，分配適當課時講解機構運動的解析法、間隙運動機構、飛輪的設計等章節，注重學生創新能力、工程應用能力的培養。同時，為了保證學時充分，對于部分比較簡單的章節，如螺栓的材料和需用應力、齒輪的基本尺寸計算等，可通過課堂內或課外自學的方式，并通過課堂討論的方式進行提問，做到“取舍”適當。

二、課程教學內容改革

1.保持課程內容與時俱進。隨著我國提出從“中國制造”向“中國創造”的戰略，機械學科的發展也在發生著深刻的變化，各種新材料、新能源、新機構、新部件不斷出現，社會對人才的需求也在變化。如何培養新形勢下的人才，使學生的知識結構與時俱進，這也是本課程的重要任務。機構學是《機械設計基礎》課程中非常重要的內容，而傳統的機構學內容通常包括：四連桿機構、凸輪機構、齒輪機構等。隨著機構學的快速發展，更多新型機構正不斷涌現，譬如：并聯機構、柔性機構、微型機構、變胞機構等，這些新型機構正逐步成為研究熱點并且應用日益廣泛。因此，有必要讓學生了解這些新型機構的原理。

2.基于工程的案例式教學內容。案例教學是一種開放式、互動式的新型教學方式，與傳統教學相比，更加重視學生能力的培養，具有實踐性強，師生互動明顯，學習效果高效等優點。《機械設計基礎》是一門實踐性較強的課程，很多教學內容都是和工程實踐聯系在一起的。而目前的教學內容過多偏重理論，比較抽象，學生聽起來比較乏味，教學效果欠佳。采用工程中的實際案例為中心，逐步向各個知識點輻射進行講解，不但使抽象的理論知識形象直觀，同時可使學生直接接觸到工程應用，這樣可激發學生濃厚的學習興趣，效果事半功倍。比如在講解機構設計時，先粗講各理論知識點，使學生了解大致框架，再采用具體案例（如刨床機構），將機構的運動簡圖畫法、機構瞬心、機構運動學、急回特性等知識點串聯起來，形成“理論—實踐—理論”閉路循環，增強學生分析問題的能力。

3.基于CAE的現代教學內容。對于所有上《機械原理》或《機械設計基礎》課程的老師，在講解瞬心法和作圖法進行機構運動學分析時相信均有深刻體會：作圖煩瑣、效率低下，學生理解費力，課堂氣氛索然無味。事實上，傳統的作圖法設計存在設計精度差、效率低的缺點，工程上已經不再被大量采用。隨著計算機技術的快速發展，計算機輔助工程技術（CAE）得到了廣泛的應用。利用商業化的工程計算軟件，可在計算機上迅速建立三維樣機模型，便于進行各種機構的動態性能分析，這為高精度的解析法提供便利的計算條件。比如ADAMS、SOLIDWORKS等三維軟件，不但可建立直觀的三維圖形，便于機構的結構設計，同時亦可提供快速的運動學、動力學仿真分析模塊，是目前工程應用中設計的重要手段。因此，機械設計基礎課程中應適當增加基于CAE的現代教學內容，使學生減少煩瑣的計算和作圖，注重培養學生創新設計能力和工程應用能力。

三、課程評價體系改革

1.課程評價體系現狀。目前，本課程考核方式主要以期末學生考試成績為主，平時成績所占比例極小，考核方式比較單一。我校目前《機械設計基礎》的期末考試成績占70%，平時成績約占30%，其中期中測試成績占15%，平時表現（包括作業、實驗、課堂考勤等）占15%。盡管已逐步多元化，但平時成績比例太小，無法真實反映學生的機械設計能力和學習效果，也無法有效監督學生的學習過程。然而，在其他國家和地區，《機械設計基礎》的考核方式均已實現多元化。例如：臺灣成功大學，作業、課堂討論與小考占27%，期中考試2次（各占23%，共46%），期末考試占27%；美國普渡大學，課后大作業包括2次projects占40%（疲勞強度計算項目作業占20%，機構設計作業占20%），期中測試占20%，2次課堂測試占20%（每次測試占10%），期末考試占20%，且所有的測試均是圍繞家庭作業中存在的問題進行的，針對性很強，學生課外工作量很大。

2.多元化評價體系的建立。《機械設計基礎》是一門主干課程，應采用過程性評價和目標評價相結合的多元評價方法，包括課堂表現、大作業項目、實驗、期中測試及期末測試等方面。課堂評價（20%）：主要考察學生平時課堂表現，主要包括學生出勤率、課堂回答問題的表現、課堂討論表現、課堂小測驗等方面。大作業（20%）：本課程實踐性較強，除了教科書上的習題，教師可適當增加2～3次課后大作業，大作業可結合實踐性項目的形式布置，提高學生的實踐能力。期中測試（30%）：一次期中不能反映學生學習過程的效果，可組織2～3次期中測試，可有效評價學生平時的學習效果。期末考試（30%）：綜合全課程內容，對學生進行目標評價。

四、結論

隨著社會對現代化人才的專業知識結構、綜合素質以及實踐能力等各方面要求的提高，《機械設計基礎》課程的授課方式、學習內容及考核方法也應進行相應改革。課堂應該是學生的課堂，而不再是以教師為主，討論式、啟發式、參與式等教學方法應逐步得到普及和推廣；教學內容也要充分體現與時俱進的思想，使學生了解到最新的機械原理和設計方法；考核方式應最大限度地體現形成性評價和終結性評價相結合的宗旨，能科學評估學生的學習效果。只有這樣，才能充分激勵學生的學習熱情，才能綜合培養學社的理論和實踐創新能力，從而為學生今后的專業學習奠定更加堅實的基礎。

參考文獻：

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[3]普度大學工學院機械工程學院本科課程信息[DB/OL].（2012-09-26）.http：//enginering.purdue.edu/ME/Academics/CourseSites.html.

基金項目：常州大學教研課題（GJY2012065）資助；高校青藍工程優秀青年骨干教師項目（SCZ122820 0007）資助；常州大學機械設計基礎重點建設課程（JJJ10020001）資助

作者簡介：朱偉（1976-），男，江蘇泰興人，副教授，博士，主要從事機械原理、機械設計教學工作，研究方向：機構學、工業機器人等。